5第五章 非金属材料成型.ppt
《5第五章 非金属材料成型.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5第五章 非金属材料成型.ppt(175页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、材料成形技术基础,教师:陈 丰 邮箱:fengchen_,第五章 非金属材料成形过程,第五章 非金属材料成形,【计划学时】6学时 【主要内容】塑料及橡胶的成形性能;注射成形过程;挤出成形过程;模压成形过程;塑料及橡胶制品的其它成形过程;塑料及橡胶制品的结构技术特征。 【学习目标】了解塑料及其复合材料制品在工农业及日常生活生产中的应用,了解典型非金属材料的基本性能,非金属材料成形的基本理论和方法,掌握典型非金属材料成形方法,能够进行产品成形全过程设计开发,生产高质量的非金属制品。 【重点难点】重点是常用非金属材料的成形工艺,难点是非金属材料成形过程的基本理论。,第1部分 塑料制品的成形过程 塑料
2、的成形性能;注射成形过程;挤出成形过程;模压成形过程;塑料制品的其它成形过程;塑料制品的结构技术特征。,主 要 内 容,第2部分 橡胶制品的成形过程 橡胶制品的成形性能;橡胶制品的注射成形过程;橡胶制品的压延过程;橡胶制品的挤出成形过程,随着机械、电子、汽车、摩托车、航空、航天、家电、日用五金等工业产品塑料化趋势的不断增强及塑料、橡胶制品的广泛应用与发展,对塑料、橡胶制品的成型技术的发展与其模具在数量、品质、精度和复杂程度等方面都提出了更高的要求,这就要求从事机械设计和加工、汽车设计与制造等专业的人员掌握塑料、橡胶制品设计、成型过程及模具设计等方面的知识。,概 述,塑料制品的应用,塑料制品的应
3、用,塑料制品的应用,金属材料 高强度、高硬度、一定塑性和韧性 难以达到满足一些特殊性能的要求(耐高温、耐腐蚀、绝缘、隔音、减震等),非金属材料 独特性能,成型方法多样化 成型温度低、成型工艺简便 成型工艺与材料的制备工艺有机结合,非金属材料特性,原料来源丰富,制造加工容易,节约能源,塑料概念: 以合成树脂或天然树脂为原料,在一定温度和压力条件下,可以用模具使其成型为具有一定形状和尺寸的塑料制件,当外力解除后,在常温下其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分,一般含有添加剂如:填料、稳定剂,增塑剂、色料或润化剂等。 塑料的特点: 比重小,比强度大; 耐腐蚀,耐磨,绝缘,减磨,消声,减震; 易成型
4、,易复合等优良的综合性能。,易老化 耐热性差 刚性差 尺寸稳定性差,塑 料 概 述,按受热后形态性能分: 热塑性:受热时呈熔融状态,冷却时凝固,可反复成型加工。 热固性:成型后成为不可溶材料。如、等。,按使用范围分 通用塑料 原料来源丰富,产量大,应用面广,价格便宜,如:、。 工程塑料 具有较高物理机械性能,应用于工程技术领域塑料, 如:A、等。,塑 料 分 类,原料,树脂,塑料生产,塑料制品,塑料,塑料制品生产,塑料制品的生产流程,ABS粒料,大型下水道波纹管,成型 塑料制品生产过程主要包括 机械加工 修饰 成型将原材料制成具有一定形状和尺寸制品的生产过程。 机械加工指成型后的制品采用机械加
5、工的方法以获得更高的精度和更低的表面粗糙或更复杂的形状。 修饰采用喷涂、浸渍、镀金属等方法改变塑料零件表面性质。,5.1 塑料制品的成型过程,知识回顾和问题,知识回顾: 1、金属材料的焊接性:定义、碳当量法和裂纹敏感系数法; 2、低碳钢、中高碳钢的焊接性; 3、不锈钢、铝合金及铜合金的焊接性; 4、非金属材料的性能特点及应用。,问题: 1、什么是金属材料的焊接性? 2、中碳钢焊接过程中存在哪些问题? 3、不锈钢焊接接头会发生晶界腐蚀,如何防止?,1)流动性 :塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能 力称为流动性。 流动性小,将使填充不足,不易成型,成型压力大; 流动性大,易使溢料过多,填充型腔不
6、密实,塑料制 品组织疏松,模具易黏及清理困难,硬化过早。 因此,选用塑料的流动性必须与塑料制品要求、成型 过程及成型条件相适应。,5.1.1 塑料的成型性能,流动性能的表征,热塑性塑料:流动性的大小,可以从树脂分子量及其分布,熔体流动指数(MFI),表观黏度及阿基米德螺旋线长度等一系列参数进行预测。,熔融指数(MFI) 、 t10 min,HDPE 5000S MFI0.9g/10min HDPE 6098 MFI 0.14g/10min,A、流动性好,如PS、PA、PP、PE、CE等; B、流动性中等,如改性PS、ABS、PMMA、POM、CPT等; C、流动性差,PC、RPVC、PPO、P
7、SF、F塑料等。,热固性塑料:拉西格流动值,拉西格模具,截面逐渐减小的棱柱体流道,压圆锭,考察塑料在棱柱体流道中的流动长度,第一级、拉西格流动值100130mm, 压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件; 第二级、拉西格流动值131150mm, 压制中等复杂程度的塑件; 第三级、拉西格流动值151180mm, 压制结构复杂、深型腔、多嵌件的薄壁塑件,或用于传递(压注)成型。,流动性能的表征,(1)温度的影响 料温高则流动性增大,但不同塑料品种,其影响程度差异甚大。,(2)压力的影响 “剪切变稀”现象 剪切敏感塑料有:、ABS、等塑料,这些塑料在成型加工时,宜使用“低温高压”的技术。,影响流动性的主
8、要因素,5.1.1 塑料的成型性能,(3)模具的影响 浇注系统形式、尺寸、布置,冷却系统设计,流速阻力等因素都直接影响到熔体在模腔内的实际流动性 。 (4)塑料种类的影响 就热固性塑料而言,如粒度细匀、湿度大,含水分及挥发物多,预热及成型条件适当等均有利于改善流动性;反之则流动性变差。,5.1.1 塑料的成型性能,知识回顾和问题,知识回顾: 1、金属材料的焊接性:定义、碳当量法和裂纹敏感系数法; 2、低碳钢、中高碳钢的焊接性; 3、不锈钢、铝合金及铜合金的焊接性; 4、非金属材料的特点及应用;影响非金属材料流动性的因素,问题: 1、什么是金属材料的焊接性? 2、中碳钢焊接过程中存在哪些问题?
9、3、不锈钢焊接接头会发生晶界腐蚀,如何防止? 4、影响非金属材料流动性的因素有哪些?,塑料制品自模腔中取出冷却至室温后,其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性。,(1)成型收缩形式 线尺寸收缩 方向性收缩 冷却固化收缩 后处理收缩,(2)影响收缩的因素 塑料品种的影响 塑料制品特性的影响 模具的影响 成型条件的影响,塑料=310 钢,2)收缩性:影响塑料制件尺寸精度和质量,5.1.1 塑料的成型性能,3)结晶性,塑料,结晶型塑料 (PE、PP、PA、POM),非结晶型塑料(无定型塑料) PS、PVC、PC、ABS,影响收缩率大小的因素很多,收缩率不是一个固定值,而是在一定范围内变化,收缩率的变化
10、将引起塑料制品尺寸波动。模具设计时应根据以上因素综合考虑选择塑料的收缩率。,(3)收缩率k的计算,SCP平均收缩率; Lm 模腔在室温下单向尺寸; L1 塑料制品在室温下单向尺寸。,5.1.1 塑料的成型性能, 结晶熔解需要热量,比非结晶型塑料达到成型温度需要更多的热量;冷凝时,结晶型塑料放出热量多,需要较长的冷却时间。 不像金属具有单一熔点,而是一个熔程; 结晶型塑料硬化密度与熔融时密度差别很大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔。 由于分子的定向作用和收缩的方向性,结晶型塑料制品易变形、翘曲。,结晶型塑料成型特性:,5.1.1 塑料的成型性能, 冷却速度对结晶型塑料的结晶度影响很大; 结晶度大的
11、塑料制品密度大,强度、硬度高,刚度、耐磨性好,耐化学性和电性能好;结晶度小的塑料制品柔软性、透明性好,伸长率和冲击韧度较大。,5.1.1 塑料的成型性能,塑料吸湿性大致可分为两类: 一类是具有吸湿和粘附水分倾向的塑料,如ABS、PA、PAAM; 另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料,如PE、PP。,4)吸湿性与粘水性,热敏性塑料是指对热较为敏感,在高温下受热时间较长或进料口截面过小,剪切作用大时,料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向,具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料。如、等。 有的塑料即使含有少量水分,但在高温、高压下也会发生分解或使塑件产生气泡、银纹等缺陷,称此性能为水敏性。如C等。,5)
12、热敏性和水敏性,5.1.1 塑料的成型性能,图5.1所示为结晶型塑料和无定型塑料三态与温度之间的关系。,玻璃态 t tg 机械加工 高弹态 tg t tf 真空成型、压力成型、压延弯曲成型 黏流态 tf t td 注射、模压、吹塑、挤出成形 ttd,塑料降解,图5.1 塑料状态与温度的关系,6)塑料状态与温度的关系,5.1.1 塑料的成型性能,塑料的黏度随着压力和温度的升高而降低。黏度 降低可增加塑料的流动性,有利于塑料制品的成型。,7)温度和压力对黏度的影响,图5.2 塑料黏度与压力、温度的关系,5.1.1 塑料的成型性能,注射成型又称注射模塑或注塑成型,是热塑性塑料制品的一种主要成型方法。
13、 注射成型具有生产周期短,能一次成型外形复杂,尺寸精确和带有金属嵌件的塑料制品,生产效率高,易于实现自动化操作,加工适应性强等优点。,5.1.注射成型过程,5.1.注射成型过程,注塑机与模具注塑机,塑化注射系统 合模锁模系统 操作控制系统 其它:模温调节系统、 安全系统等,注射成型设备,5.1.注射成型过程,卧式注塑机,立式注塑机,角式注塑机,5.1.注射成型过程,注射成型原理 将粒状原料在注射机的料筒内加热熔融塑化,在柱塞或螺杆加压下,压缩熔融物料并向前移动,然后通过料筒前端的喷嘴以很高的速度注入温度较低的闭合模具内,冷却定型后,开模即得制品。,1)注射成型原理及过程,5.1.注射成型过程,
14、注射成型工艺过程,包括:成型前准备、注射成型过程和塑料制品的后处理三个阶段。 注射成型过程分为加料、塑料熔融、注射、制品冷却和制品脱模 等5个工序。,图6.4 注射成型过程,5.1.注射成型过程,影响注射成型工艺过程的主要参数: 料筒温度 成型温度 喷嘴温度 模具温度 注射压力 成型周期,5.1.注射成型过程,温 度,(1)料筒温度,加料段 压缩段 m(Tf)d 均化段,(2)喷嘴温度 T料筒(防止流涎),(3)模具温度 低模温,、; 高模温,、等,注射成型工艺条件,5.1.注射成型过程,(4)注射压力,注射压力指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力。 作用:克服塑料流动充模过程中的流动阻力,使熔
15、体具有一定的充模速率,对熔体进行压实。 注射压力一般取40Pa130Pa;其大小取决于塑料品种、注射机类型、模具结构、塑料制品厚度和流程及其他技术条件,尤其是浇注系统的结构和尺寸。 在塑料熔体黏度较高、壁薄、流程长和针点浇口等情况下,采用较高的注射压力。 模具结构简单,浇口尺寸较大时,注射压力可以较低;料筒温度高、模具温度高的注射压力也可以较低。,5.1.注射成型过程,完成一次注射成型全过程所需的时间。,模具动作时间,注射时间,保压时间,冷却时间,一般是在.5min;有的可以到10 min以上,(5)成型时间,5.1.注射成型过程,组成部分: 成型零部件 浇注系统 导向机构 脱模机构 分型抽芯
16、机构 调温系统 排气系统 连接部分,(1)注射成型模具结构,2)注射成型模具设计, 成型零部件设计 成型零部件是构成模具型腔的零件。它包括凹模、凸模(型芯)、各种成型杆和成型环,是塑料模具的主要组成部分。,a)凹模 凹模用以形成塑料制品的外表面,按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式等形式。,b)凸模和成型杆 凸模的结构形式可分为整体式和组合式。,2)注射成型模具设计,浇注系统 指模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。普通浇注系统一般由四部分组成即主流道、分流道、浇口及冷料井。 导向机构 合模导向作用为了使动模与定模在合模时能准确对中,以及防止推件板歪斜而设置的机构。 组成:导柱、
17、导套等零件。, 抽芯机构 成型侧向凹凸形状的孔或凸台。侧向分型抽芯机构类型很多,按动力分为手动、液压(气压)和机动三类。,2)注射成型模具设计, 顶出机构 结构组成:推板、推杆固定板、推杆、拉料杆等。 常见的顶出机构有:简单顶出机构、一次顶出机构、二次脱模机构、双脱模机构、顺序脱模机构、螺纹塑料制品脱模装置。 调温系统 为了满足注射成形过程对模具温度的要求,注射模设有冷却或加热系统。 排气系统 为了将模腔内的气体顺利排出,在模具分型面处开设排气槽或利用模具的推杆或型芯与模板的配合间隙排气。,2)注射成型模具设计,轿车保险杠整体图尺寸,实 例,实 例,注射模具相关的国家标准,塑料注射模具零件 塑
18、料注射模具零件技术条件 塑料成型模具术语 塑料注射模具技术条件 塑料注射模大型模架 塑料注射模中小型模架及技术条件,知识回顾和问题,知识回顾: 1、塑料的成型性能:流动性及流动性的表征,影响流动性的主要因素; 2、塑料的成型性能:收缩性及收缩的类别,影响收缩性的主要因素; 3、注射成型过程及主要工艺参数设计; 4、注射成型模具主要结构组成。,问题: 1、影响塑料流动性的主要因素有哪些? 2、影响塑料收缩性的因素有哪些?模具设计中如何考虑收缩? 3、注射成型主要工艺参数有哪些?如何选择?,(2)注射模浇注系统设计,浇注系统模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。 类型:浇注系统通常分为两大类 普通浇注系
19、统 无流道浇注系统 普通浇注系统一般由四部分组成 主流道 分流道 浇口 冷料井 作用:使塑料熔体顺利地充满型腔,且把压力充分传递到型腔的各个部位,适时冷却以获得外形清晰内在品质优良的塑料制品。,(2)注射模浇注系统设计,足浴按摩器模具, 主流道设计,主流道是指喷嘴口起至分流道入口处的一段通道。 主流道对接处应制球形 凹坑,半径R2=R1+(12)mm, 小端直径d1=d2+(0.51)mm。 图5.8主流道结构 1定模板;2浇口套;3注射喷嘴, 冷料井设计,冷料井位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端。 作用: 1.是搜集料流前锋的“冷料”,防止 “冷料”进入型腔而影响塑料制品品质; 2
20、.开模时又能将主流道中的冷凝料拉出。 冷料井直径宜稍大于主流道直径,长度约为主流道大端直径。,分流道主流道与浇口之间的通道。 分流道设计 作用:使熔融塑料过渡和转向。 分流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等,如下图。 为减少分流道内的压力损失,希望分流道截面积要大,为减 少散热,希望分流道表面积要小。可用分流道的截面积(A) 与周长(L)的比值(R)来表示流道的效率。其表达式为: R = A/L, 分流道设计,圆形截面的流道效率高,加工较困难,实际使用侧面具有斜 度为510的梯形流道。分流道截面尺寸应根据塑料的成型 体积、壁厚、尺寸、 塑料品种的技术性能、注射速率以及分流 道长度而定。 其
21、关系式为: H=2/3d ; Lf=(12.5)d; R1=(25)mm ; R2=(13)mm; =23,通常截面积相等的分流道,其水力半径(R)随形状不同而异。 水力半径大意味着流体和道壁的接触少,阻力小,通流能力大, 压力损失小,散热少,即流道效率高;反之则流道效率低。, 分流道设计,平衡式 分流道的布置形式 非平衡式 平衡式特点:主流道至各型腔的分流道,其长度、形状、断面尺 寸等必须对应相等,保证各型腔的热平衡和塑料的流动平衡。 加工时注意对应部位尺寸的一致性。 缺点:加工困难,分流道长。,分流道的布置取决于型腔的布局,分流道布置的原则是应尽量均匀布置,使各浇口处压力降相等;流程应尽量
22、短,排列紧凑,使模具尺寸小。, 分流道设计,非平衡式特点:主流道至各型腔的分流道长度各不相同。 为了使各个型腔同时均衡进料,须将浇口开成不同的尺 寸。对于品质要求很高的塑料制品,不宜采用非平衡式 布置。 优点:多型腔数时,可缩短流道的总长度。 分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度要求达到Ra=0.8 m为佳。, 分流道设计,浇口连接分流道与型腔之间的一段细短流道。 作用:调节控制料流速度补料时间防止倒流 浇口尺寸常用经验确定,先取下限值,然后在试模中加以修正。一般浇口断面积约为分流道面积的3%9%,长度尽可能短,为11.5 mm,截面形状常为矩形或半圆形。, 浇口设计,当采用多浇口时,来自不同浇
23、口的熔体相互汇合,可能造成流动的停滞和转向(潜流效应),这时各浇口的充填不平衡,影响制品的表面质量及结构的完整性,也得不到理想的简单流动。这种情况应调整浇口的位置。,熔合纹和气穴,a.浇口位置的确定 选择浇口位置时应遵循以下原则: .避免塑料制品产生缺陷 避免小浇口正对宽大的型腔,克服上述缺陷的办法: 一、加大浇口断面尺寸,降低熔体流速,避免喷射; 二、采用冲击型浇口, 浇口设计, 浇口应开设在塑料制品截面最厚处。 浇口位置应有利于型腔排气。 浇口位置使熔料流程最短,料流变向最少,防止型芯变形。 浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度。 浇口位置尽量开设在边缘和底部,保证外观不受影响。
24、, 浇口设计,b.校核流动比 确定大型塑料制品的浇口位置时,须校核流动比,以保证塑料熔体能充满整个型腔。 流动比流道长度与厚度之比,即:,式中 K 流动比; li流道各段长度; ti流道各段厚度; K允许流动比。, 浇口设计,流动比,流动比的允许值随塑料熔体的性质、温度、注射压力等的 不同而变化,由实验得出的流动比的允许值见表5.1所示。当 计算得到流动比K大于K时,则需增加塑料制品壁厚,或者 改变浇口位置,或者采用多个浇口等办法来减小流动比。,表5.1常见塑料的允许流动比范围,热浇道系统是应用于塑胶生产行业的一个极其重要的辅助设备。热流道成型技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 5第五章 非金属材料成型 第五 非金属材料 成型
链接地址:https://www.31doc.com/p-3018290.html